RU193830U1 - Power supply of measuring and recording equipment from a high voltage network - Google Patents
Power supply of measuring and recording equipment from a high voltage network Download PDFInfo
- Publication number
- RU193830U1 RU193830U1 RU2019121707U RU2019121707U RU193830U1 RU 193830 U1 RU193830 U1 RU 193830U1 RU 2019121707 U RU2019121707 U RU 2019121707U RU 2019121707 U RU2019121707 U RU 2019121707U RU 193830 U1 RU193830 U1 RU 193830U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- filter
- output
- input
- power supply
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/18—Control systems or devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к подъемной технике и может быть использована преимущественно для электропитания систем управления и защиты от перегрузок электрических грузоподъемных машин от промышленной сети высокого напряжения. Источник электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры от сети высокого напряжения содержит устройство для преобразования тока высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения. Это устройство представляет собой AC/DC и DC/DC преобразователь, выполненный в виде импульсного блока питания (ИБП), снабженного первым и вторым защитными блоками, подключенными соответственно к его входу и выходу. Первый защитный блок включает в себя первый предохранитель, включенный в разрыв одного из линейных проводов, фильтр высокочастотных помех, устройство подавления выбросов входного напряжения, выпрямитель, ключевое ограничительное устройство и фильтр выпрямленного пульсирующего напряжения. Второй защитный блок включает в себя фильтр сглаживания пульсаций выходного напряжения и высокочастотных помех и устройство защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя второй предохранитель, включенный в разрыв одного из выходных проводов. Технический результат - создание источника электропитания с расширенным диапазоном допустимых входных напряжений, способного работать в реальной промышленной сети как 220 В 50 Гц, так и 380 В 50 Гц, а также в реальной промышленной сети постоянного тока напряжением 220 В, и обеспечивающего качественное и безотказное электропитание измерительной и регистрирующей аппаратуры в условиях нестабильных, постоянно меняющихся параметров промышленной сети. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.The utility model relates to lifting equipment and can be used primarily for powering control systems and overload protection of electric hoisting machines from an industrial high voltage network. The power source of the measuring and recording equipment from the high voltage network contains a device for converting a high voltage current into a low voltage direct current. This device is an AC / DC and DC / DC converter, made in the form of a switching power supply (UPS), equipped with the first and second protective units connected respectively to its input and output. The first protective unit includes a first fuse included in the open of one of the line wires, a high-frequency interference filter, an input voltage suppression device, a rectifier, a key limiting device, and a rectified ripple voltage filter. The second protective unit includes a filter for smoothing the output voltage ripple and high-frequency interference and a device for protecting the output circuit from overload, short circuit, and unintentional connections of external power sources to it, including a second fuse that is included in the gap of one of the output wires. EFFECT: creation of a power supply with an extended range of permissible input voltages, capable of operating in a real industrial network both 220 V 50 Hz and 380 V 50 Hz, as well as in a real industrial DC network with a voltage of 220 V, and providing high-quality and trouble-free power supply measuring and recording equipment in conditions of unstable, constantly changing industrial network parameters. 4 s.p. f-ly, 8 ill.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель Полезная модель относится к подъемной технике и может быть использована преимущественно для электропитания систем управления и защиты от перегрузок электрических грузоподъемных машин от промышленной сети как переменного, так и постоянного тока высокого напряжения.The technical field to which the utility model relates. The utility model relates to lifting equipment and can be used primarily for powering control systems and overload protection of electric hoisting machines from an industrial network of both alternating and direct current high voltage.
Уровень техникиState of the art
Измерительная и регистрирующая аппаратура, установленная на объектах промышленного назначения, питается в подавляющем большинстве случаев от той же промышленной сети 380 В 50 Гц, от которой питается все промышленное оборудование. По причине большой степени загрузки такой сети, постоянно меняющейся в процессе работы от включения и выключения той или иной мощной нагрузки и со значительными реактивными составляющими (индуктивная, емкостная), напряжение промышленной сети постоянно меняется. Эти изменения носят как кратковременный характер (выбросы и провалы напряжения в течение доли секунды), так и долговременный характер (снижение и повышение напряжения относительно номинального значения в течение нескольких секунд и до нескольких часов), и оказывают крайне неблагоприятное воздействие как на само промышленное оборудование (вплоть до вывода из строя), так и на измерительную и регистрирующую аппаратуру, содержащую датчики, чувствительные элементы и электронные узлы, отличающиеся, наряду с высокой чувствительностью к параметрам измеряемых и регистрируемых процессов, очень высокой чувствительностью к параметрам своего электропитания. И те значительные изменения параметров промышленной сети, которые может выдержать промышленное оборудование, для измерительной аппаратуры в большей части случаев, оказываются недопустимыми: приводят не только к искажению параметров регистрируемых процессов, но и чаще всего - к выходу из строя всей измерительной и регистрирующей системы, без которой современное промышленное оборудование просто работать не может. А стоимость современных измерительных систем часто сопоставима со стоимостью оборудования, и в некоторых случаях может ее превосходить.The measuring and recording equipment installed at industrial facilities is powered in the vast majority of cases from the same industrial network 380
Как правило, устройства промышленной автоматики получают электропитание от промышленной сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В 50 Гц. Получение низковольтного напряжения (12-24 В) из трехфазного напряжения очень заманчиво с точки зрения получения постоянного напряжения с относительно малым уровнем пульсаций за счет выпрямления всех трех фаз переменного напряжения. Однако при этом повышается частота пульсаций первой гармоники. А самое главное, что ограничивает применение этого способа - это необходимость изготовления понижающего трехфазного трансформатора малой мощности (50-200 Вт). Изготовление такого трансформатора малой мощности достаточно трудоемко и практически не освоено промышленностью, его габариты, а также стоимость разработки и изготовления, значительно превышают аналогичные параметры маломощных однофазных трансформаторов. Поэтому практически получение низковольтного постоянного напряжения малой мощности из трехфазного напряжения 380 В 50 Гц не нашло применения в промышленности. Хотя схемы такого рода известны и описаны в технической литературе. Практически же при создании источников питания для узлов промышленной автоматики и систем безопасности грузоподъемных кранов используется однофазное напряжение, т.е. либо одной из фаз трехфазной сети, т.е. 220 В 50 Гц, либо, что особенно характерно для грузоподъемных кранов, где в большей части случаев отсутствует нейтральный четвертый провод, используется линейное напряжение трехфазной сети, т.е. 380 В 50 Гц, т.е. напряжение между проводами любых двух фаз.Typically, industrial automation devices receive power from an industrial network of three-phase alternating current with a voltage of 380
В последнее время в промышленности (и в бытовой технике) для получения низковольтного постоянного напряжения (12-24 В) из высокого напряжения питающей сети нашли широкое применение импульсные источники питания (ИИП). Они еще получили название в технической литературе, как AC/DC и DC/DC преобразователи или SMPS - Switch Mode Power Supply). Это широкое применение обусловлено рядом явных преимуществ ИИП перед обычными трансформаторными аналоговыми источниками питания (АИП).Recently, in industry (and in household appliances) to obtain a low-voltage constant voltage (12-24 V) from a high voltage supply network, pulsed power supplies (IIPS) are widely used. They are also known in the technical literature as AC / DC and DC / DC converters or SMPS - Switch Mode Power Supply). This widespread use is due to a number of obvious advantages of IIP over conventional transformer analog power supplies (AIP).
Это, в первую очередь, благодаря частоте преобразования не 50 Гц, как в АИП, а десятки и сотни кГц и даже единицы мГц, значительно меньший вес и габариты ИИП по сравнению с АИП за счет гораздо меньших габаритов и веса трансформатора, упрощенной однополупериодной схемы выпрямителя и габаритов фильтра выходного напряжения.This is, first of all, due to the conversion frequency not of 50 Hz, as in the AIP, but of tens and hundreds of kHz and even units of MHz, a significantly lower weight and dimensions of the IPS compared to the AIP due to the much smaller dimensions and weight of the transformer, a simplified half-wave rectifier circuit and dimensions of the output voltage filter.
Это, также, более высокий КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в ИИП связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку ключевые элементы основную часть времени находятся в одном из устойчивых состояний (т.е., либо включен, либо выключен), потери энергии минимальны.This is also a higher efficiency (up to 90-98%) due to the fact that the main losses in the IIP are associated with transients at the moments of switching the key element. Since the key elements most of the time are in one of the stable states (i.e., either on or off), energy losses are minimal.
Это, наконец, меньшая стоимость, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой.This is, finally, lower cost, thanks to the mass production of a unified element base and the development of key high-power transistors. In addition, it should be noted the significantly lower cost of pulse transformers with comparable transmitted power, and the possibility of using less powerful power elements, since their key operation mode.
И, конечно ИИП, по крайней мере, не уступают АИП в надежности эксплуатации в силу достаточно простых защитных схемных решений построения различных защит (от перенапряжения, от перегрузки, от перегрева, от короткого замыкания и т.д.).And, of course, IIPs, at least, are not inferior to AIPs in the reliability of operation due to fairly simple protective circuit solutions for constructing various protections (from overvoltage, from overload, from overheating, from short circuit, etc.).
Все эти преимущества ИИП с лихвой перекрывают их некоторые недостатки, в частности, относительно высокий уровень помех, возникающих при работе ИИП. В тех случаях, когда аппаратура, получающая питание от ИИП, работает устойчиво, этот недостаток можно не учитывать. В частности, микропроцессорная техника при питании от ИИП работает, как правило, устойчиво и безотказно. Ограничения на использование ИИП в промышленности появляются только в аппаратуре, использующей аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Но и в таких случаях проблема, как правило, решается дополнительной фильтрацией выпрямленного напряжения.All these advantages of the IIP more than cover their certain disadvantages, in particular, the relatively high level of interference arising from the operation of the IIP. In cases where the equipment receiving power from the IIP works stably, this disadvantage can be ignored. In particular, microprocessor technology, when powered by an IIP, works, as a rule, steadily and without fail. Restrictions on the use of IIPs in industry appear only in equipment using analog-to-digital converters (ADCs). But even in such cases, the problem is usually solved by additional filtering of the rectified voltage.
При всех перечисленных преимуществах, в настоящее время при существующем уровне наличия элементной базы для построения ИИП существуют некоторые ограничения на построение и применение ИИП.With all these advantages, at present, with the existing level of availability of the element base for building IIPs, there are some restrictions on the construction and use of IIPs.
Практически вся элементная база для ИИП в настоящее время позволяет их использовать только до уровня максимально допустимых в сетях входных действующих напряжений переменного тока 220 В+20% = 264 В.Almost the entire elemental base for IIPs currently allows them to be used only up to the level of the input AC voltage of 220 V + 20% = 264 V.
Это ограничение обусловлено, в первую очередь, тем, что конденсаторы фильтра выпрямителя ИИП - электролитические. А промышленность, как отечественная, так и мировая выпускает электролитические конденсаторы на напряжение не более 450 В. Т. е. конденсатор с таким рабочим напряжением работает даже при таком напряжении практически без всякого запаса. На самом деле при действующем значении переменного напряжения 264 В, его амплитудное значение достигает 372 В, и запас по напряжению у конденсатора явно недостаточный, так как производители обычно рекомендуют для этих конденсаторов применять по крайней мере двукратный запас по напряжению. Но для того, чтобы получить двукратный запас, надо иметь конденсатор с рабочим напряжением более 744 В, а реально - не менее 1000-1200 В. Чтобы получить конденсатор с таким рабочим напряжением, надо соединять последовательно два или более одинаковых конденсаторов, при этом емкость результирующего конденсатора будет меньше в n раз, где n - количество конденсаторов. Для выравнивания напряжений на конденсаторах их приходится шунтировать резисторами, что также отрицательно сказывается на их характеристиках. Т. е. схема усложняется, становится дороже, и возникают дополнительные потери. Если же создавать ИИП с номинальным входным рабочим напряжением 380 В, то проблема при этом только дополнительно сильно усложняется.This limitation is due, first of all, to the fact that the capacitors of the IIP rectifier filter are electrolytic. And industry, both domestic and world, produces electrolytic capacitors for a voltage of not more than 450 V. That is, a capacitor with such an operating voltage works even at this voltage with almost no margin. In fact, with the current value of the alternating voltage of 264 V, its amplitude value reaches 372 V, and the voltage margin of the capacitor is clearly insufficient, since manufacturers usually recommend using at least twice the voltage margin for these capacitors. But in order to obtain a twofold margin, it is necessary to have a capacitor with an operating voltage of more than 744 V, but really not less than 1000-1200 V. To obtain a capacitor with such an operating voltage, two or more identical capacitors must be connected in series, with the resulting capacitance the capacitor will be n times smaller, where n is the number of capacitors. To equalize the voltages on the capacitors, they have to be shunted with resistors, which also negatively affects their characteristics. That is, the scheme becomes more complicated, becomes more expensive, and additional losses occur. If you create an IIP with a nominal input operating voltage of 380 V, then the problem is only further greatly complicated.
Вторая проблема связана с рабочим напряжением ключевого элемента. Если при входном напряжении 220 В в ИИП должен использоваться ключевой элемент (как правило, это MOSFET-транзистор) с рабочим напряжением не менее 700-900 В, то при входных напряжениях 380 В (а с учетом допусков это может быть и 500 В и более) ключевой элемент должен сохранять работоспособность до напряжений 1500 В и более. Ключевых элементов с таким напряжением в настоящее время промышленность практически не выпускает, а то, что выпускается, во-первых, имеет очень высокую стоимость, а во-вторых, высоковольтные ключевые элементы имеют повышенное внутреннее сопротивление в открытом состоянии (1-3 Ом), что приводит к дополнительным потерям мощности, снижению КПД и повышенному разогреву ключевого элемента со всеми вытекающими отсюда последствиями.The second problem is related to the operating voltage of the key element. If at an input voltage of 220 V in the IIP a key element should be used (as a rule, this is a MOSFET transistor) with an operating voltage of at least 700-900 V, then at an input voltage of 380 V (and taking into account tolerances this can be 500 V or more ) the key element must remain operational up to voltages of 1500 V or more. At present, the industry practically does not produce key elements with such voltage, and what is produced, firstly, has a very high cost, and secondly, high-voltage key elements have increased internal resistance in the open state (1-3 Ohms), which leads to additional power losses, reduced efficiency and increased heating of the key element with all the ensuing consequences.
Указанные проблемы привели к тому, что в настоящее время промышленность выпускает практически исключительно ИИП для работы в сети 220 В. Для работы в сети 380 В выпускаются единичные ИИП, они имеют очень высокую цену, выпускаются только для уличного светодиодного освещения, создают значительные помехи на выходе и обладают посредственными характеристиками по большинству параметров ИИП. В то же время, как указано выше, существует проблема питания устройств промышленной автоматики от напряжения промышленной сети 380 В 50 Гц, там, где напряжение 220 В отсутствует и его получение связано со значительными трудностями технического характера.These problems have led to the fact that at present the industry produces almost exclusively IIPs for operation on a 220 V network. For operation on a 380 V network, single IIPs are produced, they have a very high price, are issued only for street LED lighting, and create significant interference output and have mediocre characteristics for most IIP parameters. At the same time, as indicated above, there is a problem of supplying industrial automation devices from an industrial network voltage of 380
Известен в частности обратноходовой ИИП, включающий в себя выпрямитель, фильтр сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, ключевое устройство на MOSFET-транзисторе IRF30BQ040, ШИМ контроллер на микросхеме МАХ5052 (ШИМ - широтно-импульсная модуляция, англ. pulse-width modulation (PWM) - процесс управления передачей энергии методом пульсирующего включения и выключения)), трансформатор, выпрямитель низкого напряжения и емкостной фильтр сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (Мэк Р. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению/Пер. с англ. - М.,: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. - 272 с: ил. (Серия «Силовая электроника»), стр. 111-118).Known in particular is the flyback IIP, which includes a rectifier, a filter for smoothing the ripple of the rectified voltage, a key device on the MOSFET transistor IRF30BQ040, a PWM controller on a MAX5052 chip (PWM - pulse-width modulation (PWM) - the control process energy transfer using pulsed on and off method)), a transformer, a low voltage rectifier and a capacitive filter for smoothing rectified voltage ripples (Mack R. Switching power supplies. Theoretical design basis and a guide for practical use / Transl. from English - M.,: Dodeka-XXI Publishing House, 2008. - 272 pp., ill. (Power Electronics Series), pp. 111-118).
Этот ИИП предназначен для работы от сети с напряжением 100-240 В, для питания нагрузки током 1 А при стабилизированном напряжении на выходе 12 В ±0,2 В. Уровень пульсаций - не более 100 мВ. Это универсальный источник питания, типичный для большого количества аппаратуры, питающейся от бытовой сети переменного тока напряжением 220 В.This IIP is intended for operation from a network with a voltage of 100-240 V, for supplying a load with a current of 1 A with a stabilized output voltage of 12 V ± 0.2 V. The ripple level is not more than 100 mV. This is a universal power source, typical for a large number of equipment powered by a 220 V household AC network.
Однако данное устройство не может работать от промышленной сети переменного тока напряжением 380 В 50 Гц. И тем более, не может работать в такой сети в случае изменений напряжения в ней как в сторону понижения, так и в сторону повышения. В нем отсутствуют: устройство подавления выбросов напряжения и фильтр высокочастотных (ВЧ) помех на входе, предохранительные устройства (от перегрузки, от короткого замыкания, от перегрева и т.д.), фильтр сглаживания пульсаций содержит только конденсаторы, отсутствует фильтр подавления высокочастотных помех на выходе, отсутствует индикатор напряжения выходной цепи.However, this device cannot operate from an industrial AC network with a voltage of 380
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является источник электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры от сети переменного тока высокого напряжения, содержащий устройство для преобразования переменного тока высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения, включающий в себя понижающий трансформатор, выпрямитель, первый электрический фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя, параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне и транзисторе, и второй электрический фильтр для сглаживания пульсаций на выходе параметрического стабилизатора. Первичная обмотка трансформатора подключена к питающей сети переменного электрического тока, а вторичная обмотка - к выпрямителю, с выхода которого выпрямленное пульсирующее напряжение подается на первый электрический фильтр и с него - на вход параметрического стабилизатора, с выхода которого напряжение подается на второй электрический фильтр и далее на нагрузку (Шустов М.А. Практическая схемотехника». Книга 2. «Источники питания и стабилизаторы. 2-е изд., стер. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», «Альтэкс», 2007, с. 72-73).Closest to the proposed utility model, the set of essential features is a power source for measuring and recording equipment from a high-voltage alternating current network, comprising a device for converting high-voltage alternating current to low-voltage direct current, including a step-down transformer, a rectifier, and a first electric filter for smoothing ripple at the output of the rectifier, a parametric stabilizer made on a zener diode and transistor, and a second electric filter to smooth out ripples at the output of the parametric stabilizer. The primary winding of the transformer is connected to the AC mains, and the secondary winding is connected to the rectifier, from the output of which the rectified ripple voltage is supplied to the first electric filter and from it to the input of the parametric stabilizer, from the output of which voltage is supplied to the second electric filter and then to load (MA Shustov. Practical circuitry.)
Данное устройство является источником постоянного тока общего назначения, обеспечивающим нагрузку стабилизированным напряжением при колебаниях в сети переменного тока, соответствующих общепринятым стандартам (от -15 до +10% относительно номинального значения 220 или 380 В). Никаких свидетельств, опровергающих это утверждение, в описании нет. Типовая схема стабилизатора, рассчитана на поддержание стабильного выходного напряжения при незначительных колебаниях напряжения питающей сети. Однако даже домашняя сеть часто дает существенно большие отклонения от номинала, которые приводят к отказу и выходу из строя источника электропитания. Если же говорить о промышленной сети, где мощность, потребляемая многими станками, механизмами, подъемными устройствами, превышает десятки и сотни кВт, и эти механизмы не работают постоянно, а непредсказуемо включаются и выключаются, изменяют режим работы и потребляемую мощность, где в качестве нагрузки выступают значительные реактивные элементы (емкости, индуктивности), то в таких условиях описанная схема источника электропитания будет работать неэффективно, не сможет обеспечить необходимую для измерительной техники точность поддержания выходного напряжения, его стабильность и низкий уровень пульсаций переменной составляющей выходного напряжения. А при значительных изменениях напряжения питающей сети ток, протекающий через стабилитрон, превысит допустимое для выбранного стабилитрона значение, в результате чего стабилитрон, а вслед за ним и транзистор, выйдут из строя. Аналогично, при значительных повышениях входного напряжения может выйти из строя понижающий трансформатор по причине пробоя изоляции и межвиткового замыкания в первичной или вторичной обмотках. Т. е. никаких мероприятий и схемных решений для борьбы со значительными выбросами входного напряжения данное устройство не содержит. А сам по себе стабилизатор с этой проблемой справиться не может.This device is a general-purpose direct current source that provides a load with a stabilized voltage during fluctuations in the AC network that meets generally accepted standards (from -15 to + 10% relative to the nominal value of 220 or 380 V). There is no evidence to refute this claim in the description. A typical stabilizer circuit is designed to maintain a stable output voltage with minor fluctuations in the supply voltage. However, even a home network often gives significantly large deviations from the nominal, which lead to failure and failure of the power source. If we talk about an industrial network, where the power consumed by many machines, mechanisms, lifting devices exceeds tens and hundreds of kW, and these mechanisms do not work constantly, but turn on and off unpredictably, they change the operating mode and power consumption, where they act as the load significant reactive elements (capacitance, inductance), then under such conditions the described circuit of the power supply will work inefficiently, it will not be able to provide the accuracy necessary for measuring equipment Nia output voltage, its stability and low ripple output voltage variable component. And with significant changes in the voltage of the supply network, the current flowing through the zener diode will exceed the value acceptable for the selected zener diode, as a result of which the zener diode, and after it the transistor, will fail. Similarly, with significant increases in input voltage, a step-down transformer may fail due to breakdown of insulation and inter-turn circuit in the primary or secondary windings. That is, this device does not contain any measures and circuit solutions to combat significant input voltage spikes. But the stabilizer itself cannot cope with this problem.
Известное устройство также не в состоянии выполнять полноценно свои функции и при значительных провалах входного напряжения. Диапазон допустимых токов, протекающих через стабилитрон, небольшой. Как правило, у стабилитрона отношение максимального тока стабилизации к минимальному току не превышает значения 20-30. Это при 24 В номинального напряжения на выходе источника электропитания позволяет данному устройству эффективно выполнять задачу стабилизации при изменении входного напряжения от 28 до 42 В, что соответствует диапазону изменения напряжения питающей сети 310-140 В (при номинальном значении 380 В), т.е. 380±20%. Такой диапазон явно недостаточен для аппаратуры, питающейся от реальной промышленной сети, в которой изменения напряжения имеют гораздо большие значения. Реальная сеть промышленного предприятия может давать при номинальном значении 380 В минимальные напряжения 270-290 В, а максимальные 560-580 В, причем это не кратковременные импульсы длительностью десятки микросекунд, а сравнительно длительные изменения, которые могут длиться от сотен миллисекунд до десятков минут или даже до нескольких часов.The known device is also not able to fully perform its functions and with significant drops in the input voltage. The range of permissible currents flowing through the zener diode is small. As a rule, at a zener diode, the ratio of the maximum stabilization current to the minimum current does not exceed 20-30. This at 24 V of the rated voltage at the output of the power supply allows this device to efficiently perform the stabilization task when the input voltage changes from 28 to 42 V, which corresponds to the voltage range of the mains 310-140 V (at a nominal value of 380 V), i.e. 380 ± 20%. This range is clearly insufficient for equipment powered by a real industrial network, in which voltage changes are much larger. The real network of an industrial enterprise can produce at a nominal value of 380 V minimum voltages of 270-290 V and maximum 560-580 V, and these are not short-term pulses with a duration of tens of microseconds, but rather long-term changes that can last from hundreds of milliseconds to tens of minutes or even up to several hours.
Известное устройство не содержит также решений по борьбе с кратковременными импульсными выбросами, которые в промышленной сети присутствуют практически постоянно по причине частых включений и отключений промышленного оборудования. Оно не содержит также схемных решений по предохранению от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке.The known device also does not contain solutions to combat short-term pulse emissions, which are almost always present in the industrial network due to frequent switching on and off of industrial equipment. It also does not contain circuitry to protect against overloads and short circuits in the load.
Кроме того, в условиях цеха реально возможны ошибочные непреднамеренные подключения к выходу данного устройства других источников напряжения, которые также могут привести к выходу этого устройства из строя и аварийной ситуации в цеху.In addition, in the conditions of the workshop, erroneous unintentional connections to the output of this device of other voltage sources are possible, which can also lead to the failure of this device and an emergency in the workshop.
И, наконец, работа с таким устройством и его диагностика реально затруднены из-за отсутствия какой-либо индикации о нормальном функционировании устройства.And finally, working with such a device and its diagnostics are really difficult due to the lack of any indication of the normal functioning of the device.
Раскрытие полезной модели Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание источника электропитания с расширенным диапазоном допустимых входных напряжений, способного работать в реальной промышленной сети как 220 В 50 Гц, так и 380 В 50 Гц, а также в реальной промышленной сети постоянного тока напряжением 220 В без принудительного переключения его режима работы, и обеспечивающего качественное и безотказное электропитание измерительной и регистрирующей аппаратуры в условиях нестабильных, постоянно меняющихся параметров промышленной сети, при наличии в ней как кратковременных, так и долговременных отклонений напряжения сети от номинального значения, а также с защитой источника электропитания от непреднамеренного подключения к его выходу источника напряжения в прямой или обратной полярности от других внешних источников электропитания.Disclosure of a utility model The task to which the proposed utility model is directed is to create a power supply with an expanded range of permissible input voltages, capable of operating in a real industrial network, both 220
Дополнительной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание источника электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры с возможностью первичной диагностики данного источника в месте его установки.An additional problem, which the proposed utility model is aimed at, is the creation of a power source for measuring and recording equipment with the possibility of primary diagnostics of this source in the place of its installation.
Поставленные технические задачи решаются тем, что в источнике электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры от сети высокого напряжения, содержащем устройство для преобразования тока высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения, согласно полезной модели, указанное устройство представляет собой AC/DC и DC/DC преобразователь, выполненный в виде импульсного блока питания (ИБП), снабженного первым и вторым защитными блоками, подключенными соответственно к его входу и выходу, при этом первый защитный блок включает в себя первый предохранитель, включенный в разрыв одного из линейных проводов, фильтр высокочастотных помех, устройство подавления выбросов входного напряжения, выпрямитель, ключевое ограничительное устройство и фильтр выпрямленного пульсирующего напряжения, а второй защитный блок включает в себя фильтр сглаживания пульсаций выходного напряжения и высокочастотных помех и устройство защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя второй предохранитель, включенный в разрыв одного из выходных проводов.The stated technical problems are solved by the fact that in the power supply of the measuring and recording equipment from the high voltage network containing a device for converting a high voltage current into a direct current of low voltage, according to a utility model, said device is an AC / DC and DC / DC converter made in the form of a switching power supply (UPS), equipped with the first and second protective blocks connected respectively to its input and output, while the first protective block includes the first fuse included in the breakdown of one of the line wires, a high-frequency interference filter, an input voltage suppression device, a rectifier, a key limiting device and a rectified ripple voltage filter, and the second protective unit includes a filter for smoothing the output voltage and high-frequency noise ripples and a protection device output circuit from overload, short circuit and inadvertent connections of external power sources to it, including the second one will protect spruce included in the gap of one of the output wires.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.The achievement of the technical result is also facilitated by the private essential features of the utility model.
В первом защитном блоке фильтр высокочастотных помех и устройство подавления выбросов входного напряжения совмещены в единый узел, содержащий в своем составе резисторы, общие для фильтра и данного устройства.In the first protective unit, the high-frequency interference filter and the input voltage emission suppression device are combined into a single unit containing resistors common to the filter and this device.
Предпочтительно, фильтр высокочастотных помех на входе источника электропитания и устройство подавления выбросов входного напряжения выполнены многоступенчатыми.Preferably, the high-frequency interference filter at the input of the power supply and the input voltage surge suppression device are multi-stage.
Защитные блоки выполнены с индикаторами входного и выходного напряжения.The protective blocks are made with indicators of input and output voltage.
Указанные индикаторы выполнены на светодиодах.The indicated indicators are made on LEDs.
Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.
Наличие AC/DC и DC/DC преобразователя, выполненного в виде ИБП, позволяет использовать в источнике электропитания серийно выпускаемые промышленностью отечественные и зарубежные ИБП, которые в подавляющем большинстве могут работать как от сети переменного тока напряжением 220 В 50 Гц (90-264 В), так и от сети постоянного (пульсирующего) тока напряжением 220 В (127-370 В), так как включают в себя на входе выпрямитель, который выпрямляет входное высокое переменное напряжение (превращает его в пульсирующее напряжение) и практически без потерь пропускает через себя постоянное высокое напряжение. Это существенно упрощает реализацию данного источника электропитания и уменьшает его стоимость.The presence of an AC / DC and DC / DC converter, made in the form of a UPS, allows the use of domestic and foreign UPSs commercially available from industry, which can overwhelmingly operate as AC 220
Первый предохранитель в первом защитном блоке, включенный в разрыв одного из линейных проводов позволяет защитить как сам первый защитный блок, так и ИБП, и второй защитный блок, как от возможных перегрузок, короткого замыкания в источнике электропитания и в нагрузке, так и от возможных недопустимо больших выбросов напряжения в промышленной сети.The first fuse in the first protective block, included in the break of one of the line wires, allows you to protect both the first protective block and the UPS, and the second protective block, both from possible overloads, short circuits in the power supply and the load, and from possible large voltage surges in the industrial network.
Введение в первый защитный блок фильтра высокочастотных помех на входе источника электропитания обеспечивает подавление помех, приходящих в источник из питающей сети и от соседних единиц промышленного оборудования, работающего в цехе и питающихся от импульсных источников электропитания. Этот фильтр защищает электронные блоки нагрузки и измерительные цепи датчиков от сбоев и ошибок в работе. При этом устройство подавления выбросов входного напряжения обеспечивает подавление мощных импульсных помех, приходящих в источник электропитания из питающей сети и от соседних единиц промышленного оборудования, работающего в цехе, а также защищает от выхода из строя и от повреждения энергией помехи все блоки источника электропитания, и даже электронные блоки нагрузки.The introduction of a high-frequency interference filter at the input of the power source into the first protective unit provides suppression of interference coming to the source from the power supply network and from neighboring units of industrial equipment operating in the workshop and powered by switching power supplies. This filter protects the electronic load blocks and measuring circuits of the sensors from failures and errors in operation. At the same time, the input voltage surge suppression device suppresses powerful impulse noise coming to the power supply from the mains and from neighboring units of industrial equipment operating in the workshop, and also protects all power supply units from failure and damage from interference energy, and even electronic load units.
Введение в первый защитный блок выпрямителя позволяет в случае переменного высокого входного напряжения получить на выходе выпрямителя постоянное (пульсирующее) напряжение, что позволяет значительно упростить схему ключевого ограничительного устройства и повысить надежность и точность ее работы. В случае постоянного высокого входного напряжения выпрямитель просто пропускает его через себя с ничтожно малыми потерями.The introduction of a rectifier into the first protective unit allows, in the case of an alternating high input voltage, to obtain a constant (ripple) voltage at the rectifier output, which can significantly simplify the circuit of a key limiting device and increase the reliability and accuracy of its operation. In the case of a constant high input voltage, the rectifier simply passes it through itself with negligible losses.
Введение в состав первого защитного устройства ключевого ограничительного устройства позволяет решить основную задачу -нормализовать входное напряжение, т.е. привести его действующее значение, которое в сети 380 В 50 Гц (реальный диапазон изменения действующих значений переменного напряжения 280-560 В) может меняться в пределах от 480 В до 970 В (выпрямленное пульсирующее напряжение), к уровню, не превышающему максимально допустимое входное значение постоянного напряжения ИБП (370 В).Introduction to the composition of the first protective device of the key limiting device allows us to solve the main problem - to normalize the input voltage, i.e. bring its effective value, which in the network is 380
Включение в состав первого защитного устройства фильтра выпрямленного пульсирующего напряжения позволяет получить из напряжения на выходе ключевого ограничительного устройства непрерывное пульсирующее напряжение, т.е. напряжение без разрывов и пропусков. Это необходимо для обеспечения устойчивой и надежной работы ИБП.The inclusion of a rectified ripple voltage filter in the first protective device allows obtaining a continuous ripple voltage from the voltage at the output of the key limiting device, i.e. voltage without breaks and gaps. This is necessary to ensure stable and reliable operation of the UPS.
Включение в состав второго защитного блока фильтра сглаживания пульсаций выходного напряжения и высокочастотных помех позволяет уменьшить высокочастотные пульсации - результат работы ИБП, основные рабочие частоты преобразования которого могут лежать в пределах от ≈ 50 кГц до нескольких мГц, и сделать возможной работу питающейся от источника электропитания электронной аппаратуры. Некоторые из существующих выпускаемых промышленностью ИБП включают в себя на выходе такие фильтры, однако в большинстве своем эти фильтры очень просты, дешевы и пригодны только для очень неприхотливых бытовых приложений, таких как бытовая техника, техника для кухни, светодиодное освещение и т.д.The inclusion in the composition of the second protective block of the filter of smoothing the output voltage ripples and high-frequency noise allows to reduce high-frequency ripples - the result of the UPS, the main operating frequency of the conversion of which can lie in the range from ≈ 50 kHz to several MHz, and make it possible to work powered by electronic equipment . Some of the existing industrial UPSs include such filters at the output, but for the most part these filters are very simple, cheap and suitable only for very unpretentious household applications, such as household appliances, kitchen appliances, LED lighting, etc.
Введение в состав второго защитного блока устройства защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя второй предохранитель, включенный в разрыв одного из выходных проводов, позволяет повысить надежность и безотказность работы источника электропитания в неблагоприятных условиях промышленного производства.Introduction to the second protective unit of the device for protecting the output circuit against overload, short circuit and inadvertent connections of external power sources to it, including a second fuse included in the break of one of the output wires, can improve the reliability and reliability of the power source in adverse industrial conditions production.
Совмещение в первом защитном блоке фильтра высокочастотных помех и устройства подавления выбросов входного напряжения в единый узел, содержащий в своем составе резисторы, общие для данного устройства и фильтра, позволяет выполнить фильтр более компактным и устойчивым как к каждому из отдельных факторов (помеха, выброс, провал), так и к их совместному воздействию.The combination in the first protective block of the high-frequency noise filter and the input voltage emission suppression device into a single unit containing resistors common to this device and filter allows the filter to be more compact and stable as to each of the individual factors (interference, surge, failure ), and to their combined effect.
Выполнение в первом защитном блоке фильтра высокочастотных помех и устройства подавления выбросов входного напряжения многозвенными (многоступенчатыми), повышает эффективность данного фильтра, а также повышает надежность и устойчивость подавления мощных помех, так как энергия помехи распределяется между всеми звеньями фильтра, т.е. на один элемент фильтра действует только часть общей энергии помехи.The implementation in the first protective block of a high-frequency interference filter and a device for suppressing input voltage emissions by multi-link (multi-stage), increases the efficiency of this filter, and also increases the reliability and stability of powerful interference suppression, since the interference energy is distributed between all parts of the filter, i.e. only one part of the total interference energy acts on one filter element.
Выполнение первого и второго защитных устройств с индикаторами соответственно входного и выходного напряжения на светодиодах, обеспечивает возможность определить визуально работоспособность источника электропитания и при необходимости ускорить диагностику неисправностей и локализовать эти неисправности.The implementation of the first and second protective devices with indicators of the input and output voltage on the LEDs, respectively, provides the ability to visually determine the operability of the power source and, if necessary, accelerate the diagnosis of faults and localize these faults.
Технический результат от использования данной полезной модели заключается в создании источника электропитания с расширенным диапазоном допустимых входных напряжений, способного работать в реальной промышленной сети как 220 В 50 Гц, так и 380 В 50 Гц, а также в реальной промышленной сети постоянного тока напряжением 220 В, и обеспечивающего качественное и безотказное электропитание измерительной и регистрирующей аппаратуры в условиях нестабильных, постоянно меняющихся параметров промышленной сети.The technical result from the use of this utility model is to create a power source with an extended range of permissible input voltages, capable of working in a real industrial network of both 220
Приведенные далее описание предлагаемого источника электропитания и сопровождающие чертежи предназначены только для иллюстрации полезной модели и ни в коем случае не ограничивают объема формулы полезной модели.The following description of the proposed power source and the accompanying drawings are intended only to illustrate the utility model and in no way limit the scope of the utility model formula.
Краткое описание чертежей. На фиг. 1 представлена функциональная схема одного из примеров выполнения предлагаемого источника электропитания; на фиг. 2 - устройство подавления выбросов входного напряжения с фильтром ВЧ-помех; на фиг. 3 - выпрямитель; на фиг. 4 - ключевое ограничительное устройство и фильтр выпрямленного пульсирующего напряжения; на фиг. 5 и 6 - изменения значений пульсирующего напряжения на входе в ключевое ограничительное устройство, на его выходе и на выходе фильтра выпрямленного пульсирующего напряжения при значении напряжения на входе в ключевое ограничительное устройство, соответственно, меньшем порога его срабатывания, и превышающем порог его срабатывания; на фиг. 7 - фильтр сглаживания пульсаций выходного напряжения и высокочастотных помех; на фиг. 8 - устройство защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и подключений внешних источников питания. На приведенных рисунках одни и те же элементы обозначены одинаковыми позициями.A brief description of the drawings. In FIG. 1 is a functional diagram of one example of a proposed power supply; in FIG. 2 - input voltage emission suppression device with an RFI filter; in FIG. 3 - rectifier; in FIG. 4 is a key limiting device and a rectified ripple voltage filter; in FIG. 5 and 6 - changes in the values of the ripple voltage at the input to the key limiting device, at its output and at the output of the filter of the rectified ripple voltage when the value of the voltage at the input to the key limiting device, respectively, is lower than its threshold and exceeds its threshold; in FIG. 7 - filter smoothing ripple output voltage and high-frequency interference; in FIG. 8 - device for protecting the output circuit from overload, short circuit and connections of external power sources. In the figures shown, the same elements are denoted by the same positions.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Источник электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры, например, ограничителя нагрузки крана мостового типа (далее -ограничитель) от промышленной сети переменного тока 380 В 50 Гц содержит преобразователь тока высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения 24 В, выполненный в виде ИБП 1, снабженного первым и вторым защитными устройствами 2 и 3, подключенными соответственно к входу и выходу ИБП 1.The power source of the measuring and recording equipment, for example, a load limiter of a bridge-type crane (hereinafter referred to as the limiter) from an industrial alternating current network of 380
Первое защитное устройство 2 включает в себя плавкий предохранитель 4, включенный в разрыв одного из линейных проводов, устройство 5 подавления выбросов входного напряжения, совмещенное с фильтром 6 высокочастотных помех, выпрямитель 7, ключевое ограничительное устройство 8 и фильтр 9 выпрямленного пульсирующего напряжения.The first
Второе защитное устройство 3 включает в себя фильтр 10 сглаживания пульсаций выходного напряжения и высокочастотных помех и устройство 11 защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя плавкий предохранитель 12, включенный в разрыв одного из выходных проводов.The second
Защитные устройства 2 и 3 снабжены соответственно индикаторами 13 и 14 входного и выходного напряжения источника электропитания, выполненными на светодиодах.The
Один из возможных вариантов реализации устройства 5 подавления выбросов входного напряжения с фильтром 6 высокочастотных помех, выполненного в виде совмещенного 4-х ступенчатого узла, показан на фиг. 2. Вообще говоря, устройство 5 подавления выбросов входного напряжения и фильтр 6 высокочастотных помех - это разные устройства, выполненные на различных радиоэлементах. Устройство подавления выбросов входного напряжения может быть выполнено на одном или нескольких газовых разрядниках. В частности, как показано на фиг. 2, оно выполнено на двух газовых разрядниках 15 и 16, варисторе 17 и трех защитных симметричных диодах 18, 19 и 20, соединенных последовательно для обеспечения срабатывания при высоком импульсе напряжения (более 800-900 В) и параллельно с резисторами 21, 22 и 23, выравнивающими напряжения на диодах, и разделенных между собой резисторами 24-27 для сближения моментов срабатывания этих элементов. Фильтр 6 высокочастотных помех состоит из керамических или пленочных конденсаторов 28-31 различной емкости (0,1-0.01 мкф), также разделенных резисторами 24-27 для разноса частот среза отдельных ступеней фильтров. Т. е. устройство 5 подавления выбросов напряжения и фильтр 6 высокочастотных помех объединяет то, что они, как правило, для надежности и повышения своей функциональности выполнены многоступенчатыми, включающими в себя, предпочтительно, до 4 ступеней. И ступени эти и для устройства подавления выбросов напряжения и для фильтра разделяются резисторами. Т.е. один и тот же резистор может выполнять роль разделителя ступеней, фильтра помех и задержки для устройства подавления выбросов напряжения. Поэтому резисторы у этих устройств одни и те же, а конденсаторы ступеней фильтра соединены параллельно с элементами устройства подавления выбросов. Два газовых разрядника 15 и 16 здесь применены для большей надежности и устойчивости подавления мощных помех.One of the possible embodiments of the input voltage surge suppression device 5 with a high-frequency interference filter 6, made in the form of a combined 4-stage assembly, is shown in FIG. 2. Generally speaking, the input voltage emission suppression device 5 and the high-frequency interference filter 6 are different devices made on different radio elements. The input voltage surge suppressor may be implemented on one or more gas arresters. In particular, as shown in FIG. 2, it is made on two
Выпрямитель 7 выполнен на традиционном диодном мосте. В каждом плече моста последовательно соединены два диода для повышения надежности при значительных выбросах напряжения питания.The
Ключевое ограничительное устройство 8, показанное на фиг. 4 (его также можно назвать нормализатором напряжения), выполнено на MOSFET-транзисторе 32, работающем в качестве низкочастотного (100 Гц) переключателя и компаратора, устанавливающего заданный уровень выходного высокого напряжения (в нашем случае 370 В). Компаратор построен с использованием комбинации NPN-транзистора 33 и стабилитрона 34 и включает в себя делитель напряжения на резисторах 35 и 36, стабилитрон 37 и защитный диод 38 для ограничения уровня сигнала управления, поступающего на затвор MOSFET-транзистора 32, резисторы 39 и 40 формирования управляющего сигнала затвора MOSFET-транзистора 32, а также два защитных диода 41 и 42, соединенных последовательно для увеличения уровня срабатывания защиты. Параллельно защитным диодам включены резисторы 43 и 44 для выравнивания напряжений на каждом из защитных диодов.The
Фильтр 9 выпрямленного пульсирующего напряжения, показанный также на фиг. 4, выполнен на двух последовательно соединенных электролитических конденсаторах 45 и 46. Последовательное соединение выполнено для повышения уровня и расширения диапазона рабочих напряжений источника электропитания.The rectified
Фильтр 10 сглаживания пульсаций выходного напряжения и ВЧ-помех, показанный на фиг. 7, это традиционный трехзвенный резистивно-емкостной фильтр, состоящий из двух электролитических конденсаторов 47 и 48 и одного керамического конденсатора 49, соединенных между собой резисторами 50-52. Здесь использовано сочетание электролитических конденсаторов 47 и 48 с керамическим конденсатором 49, так как такое сочетание расширяет эффективную полосу фильтрации. Известно, что электролитические конденсаторы хорошо фильтруют более низкочастотные пульсации, особенно пульсации питающей сети 50 и 100 Гц, а керамические конденсаторы лучше фильтруют более высокочастотный шум. После выпрямителя 7 пульсации имеют величину, равную амплитуде выпрямленного напряжения. После фильтра 10 амплитуда пульсаций уменьшается до 100-300 мВ в зависимости от значений входящих в фильтр емкостей. Такой уровень пульсаций вполне допустим для работы микропроцессорной техники.The
Выход фильтра 10 сглаживания пульсаций выходного напряжения и ВЧ-помех подключен к входу устройства 11 защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания устройства. Его схема приведена на фиг. 8. Диоды 53 и 54 предназначены для защиты низковольтной выходной цепи ИБП от возможных перенапряжений в нагрузке. Диоды 55-58 и предохранитель 12 защищают низковольтную выходную цепь ИБП от возможных перенапряжений в нагрузке и от непреднамеренных подключений внешних источников питания в обратной к данному источнику питания полярности. Если к выходу источника питания случайно подведено напряжение внешнего источника питания в обратной полярности, диоды 55-58 в таком включении не представляют для него какого-либо сопротивления, через них потечет ток, вызванный этим внешним источником. Ток потечет через диоды 55-58 и предохранитель 12. Эта цепь реально создает для внешнего источника короткое замыкание, в результате которого сработает предохранитель 12, разорвет цепь и тем самым защитит схему источника электропитания от нежелательного внешнего воздействия.The output of the
Конструктивное выполнение преобразователя тока высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения 24 В, выполненного в виде ИБП 1, не является предметом настоящей полезной модели. В качестве данного преобразователя может быть использован, например, ИБП серии LPV-60 фирмы Mean Well (КНР), блок-схема которого приведена, в частности, на сайте http://www.mean-well.ru/uploads/files/datasheets/LPV-60-24.pdf, или любой другой, который может работать как от переменного 90-264 В 50 Гц, так и от постоянного напряжения сети 127-370 В.The structural design of the converter of high voltage to direct current low voltage 24 V, made in the form of
ИБП серии LPV-60 содержит на входе фильтр высокочастотных (ВЧ) помех (EMI FILTER), выпрямитель (RECTIFIERS), ключевое устройство (POWER SWITCHING), трансформатор, выпрямитель низкого напряжения (RECTIFIERS), фильтр сглаживания пульсаций выпрямленного низкого напряжения (FILTER). Он также включает в себя устройство защиты от превышения напряжения (O.V.P. - Over Voltage Protection - защита от превышения напряжением допустимого значения), защиту от перегрузки (DETECTION CIRCUIT - определение тока и O.L.P. - Over Load Protection - защита от перегрузки), а также оптопары для гальванической развязки между входом и выходом.The LPV-60 series UPS contains at its input a high-frequency (RF) interference filter (EMI FILTER), a rectifier (RECTIFIERS), a key device (POWER SWITCHING), a transformer, a low-voltage rectifier (RECTIFIERS), and a filter for smoothing out rippled low-voltage ripples (FILTER). It also includes an overvoltage protection device (OVP - Over Voltage Protection - overvoltage protection), overload protection (DETECTION CIRCUIT - current detection and OLP - Over Load Protection - overload protection), as well as optocouplers for galvanic isolation between input and output.
Этот ИБП предназначен для работы от бытовой сети переменного тока частотой 47-63 Гц с напряжением 90-264 В, от постоянного или пульсирующего напряжения 127-370 В. На выходе блока в зависимости от его исполнения напряжение 5 В, 12 В, 15 В, 24 В, 36 В или 48 В. Мощность, отдаваемая в нагрузку 40 Вт при 5 В и 60 Вт при остальных значениях выходных напряжений. Напряжение на выходе поддерживается с точностью ±8% при 5 В и с точностью ±5% при остальных значениях выходных напряжений. Уровень пульсаций на выходе от 80 мВ при 5 В до 150 мВ при 48 В, что вполне приемлемо для работы микропроцессорной техники. Защита от превышения напряжения и от перегрузки автоматически отключается и переводит ИБП в рабочее состояние после исчезновения условий, вызвавших ее срабатывание. Коэффициент полезного действия устройства от 76 до 86% в зависимости от уровня выходного напряжения.This UPS is designed to operate from a household AC network with a frequency of 47-63 Hz with a voltage of 90-264 V, from a constant or pulsating voltage of 127-370 V. At the output of the unit, depending on its design, the voltage is 5 V, 12 V, 15 V, 24 V, 36 V or 48 V. The power given to the load is 40 W at 5 V and 60 W for other output voltage values. The output voltage is maintained with an accuracy of ± 8% at 5 V and with an accuracy of ± 5% for other values of the output voltages. The ripple level at the output is from 80 mV at 5 V to 150 mV at 48 V, which is quite acceptable for microprocessor technology. Overvoltage protection and overload protection are automatically turned off and put the UPS in working condition after the disappearance of the conditions that caused its operation. The efficiency of the device is from 76 to 86%, depending on the level of output voltage.
Конструкций предохранителей известно много. Наиболее простыми и эффективными являются самовосстанавливающиеся и плавкие предохранители. Самовосстанавливающиеся предохранители удобны тем, что сами восстанавливают разорванную цепь после снятия условий перегрузки. Однако они имеют очень большие разбросы по величине тока срабатывания и, кроме того значительную задержку времени срабатывания, которая может достигать единиц секунд. Плавкие предохранители требуют замены после срабатывания и также имеют некоторый разброс по условиям срабатывания, однако параметры их срабатывания на нынешнем уровне развития техники предохранителей гораздо выше и точнее, чем у самовосстанавливающихся предохранителей. Кроме того, самовосстанавливающимся предохранителям присуще явление «старения во времени» и в результате - неоднократных срабатываний. По этим причинам более предпочтительными для устройств, работающих от нестабильной сети, целесообразно считать плавкие предохранители.There are many known fuse designs. The simplest and most effective are self-healing and fuses. Resettable fuses are convenient in that they themselves repair a broken circuit after removing overload conditions. However, they have very large variations in the magnitude of the response current and, in addition, a significant delay in the response time, which can reach units of seconds. Fuses require replacement after operation and also have some variation in the conditions of operation, however, the parameters of their operation at the current level of development of fuse technology are much higher and more accurate than self-healing fuses. In addition, the phenomenon of “aging in time” and as a result of repeated tripping is inherent in self-healing fuses. For these reasons, fuses are more preferable for devices operating from an unstable network.
Конструктивно источник электропитания выполнен в отдельном металлическом корпусе, снабженном крышкой с уплотнением для защиты полость корпуса от внешних воздействий. В корпусе установлены ИБП 1 и печатная плата, на которой смонтированы узлы обоих защитных устройств 2 и 3. На корпусе установлены разъемы для питания других узлов ограничителя и обмена информационными сигналами между данными узлами, а также для передачи информационных и командных сигналов от управляющего устройства ограничителя к другим периферийным узлам крана. На лицевой поверхности корпуса размещены два светодиодных индикатора 13 и 14.Structurally, the power supply is made in a separate metal case, equipped with a lid with a seal to protect the cavity of the body from external influences.
Конструкция ограничителя не является предметом настоящей полезной модели. Ограничитель содержит управляющее устройство, установленное в кабине крана, тензорезисторный датчик усилия, установленный в шарнирном узле крюковой подвески, и комбинированную линию связи между датчиком усилия и управляющим устройством.The design of the limiter is not the subject of this utility model. The limiter contains a control device installed in the crane cabin, a strain gauge force sensor installed in the hinge node of the hook suspension, and a combined communication line between the force sensor and the control device.
Источник электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры от сети переменного тока работает следующим образом.The power source of the measuring and recording equipment from the AC network operates as follows.
Переменное напряжение питающей сети 380 В 50 Гц (при всех возможных колебаниях напряжения реальной промышленной сети от 90 до 560 В) поступает через предохранитель 4 на вход устройства 5 подавления выбросов напряжения, совмещенного с фильтром 6 входных высокочастотных помех. Газовый разрядник 15 (16) имеет наибольшее время задержки срабатывания, но при этом поглощает самую большую часть энергии выброса, варистор 17 имеет чуть меньшую задержку срабатывания, но и способен поглощать меньшую энергию, защитные диоды 18-20 имеют самое маленькое время задержки и срабатывают первыми, но и способны подавлять относительно небольшую часть энергии выброса. Резисторы 24-27 позволят сблизить срабатывание этих элементов по времени, подавить выброс наиболее эффективно и с наименьшими потерями для данного устройства.The alternating voltage of the supply network 380
Напряжение с выхода устройства 5 подавления выбросов напряжения, совмещенного с фильтром 6 входных высокочастотных помех, подается на выпрямитель 7. Напряжение с выходов выпрямителя 7 поступает на ключевое предохранительное устройство 8, которое по сути своей является нормализатором напряжения, т.е. устройством, которое приводит входное напряжение с широкими диапазонами изменения (в нашем случае это 90-560 В) к уровням, доступным для дальнейших преобразований другими устройствами (в нашем случае это ИБП 1) с диапазоном входных постоянных (пульсирующих) напряжений 120-370 В, в нужное для измерительной аппаратуры постоянное напряжение (24, 12, 5 В и т.д.). Форма поступающего на этот нормализатор выпрямленного пульсирующего напряжения показана на фиг. 5 под надписью «Вход» для случая, когда это напряжение меньше порогового значения для ИБП 1 (370 В) и на фиг. 6 для случая, когда это напряжение больше порогового значения для ИБП 1 (370 В).The voltage from the output of the voltage surge suppression device 5, combined with the filter 6 of the input high-frequency noise, is supplied to the
До тех пор, пока уровень входного пульсирующего напряжения ниже порогового значения 370 В, напряжение в точке А (место соединения сопротивлений резисторов 35 и 36 делителя напряжения и стабилитрона 34) меньше порогового уровня срабатывания стабилитрона 34 - 6,3 В, транзистор 33 закрыт, ток через него не течет, на коллекторе его, в силу наличия резистора 40, высокое напряжение 15 В, которое ограничивается стабилитроном 37 и защитным диодом 38, подается на затвор MOSFET-транзистора и обеспечивает его открытое состояние и малое внутреннее сопротивление перехода сток-исток, в результате чего входное высокое напряжение с уровнем <370 В, подается на фильтр 9 выпрямленного пульсирующего напряжения, состоящий из электролитических конденсаторов 45 и 46, заряжает их и обеспечивает устойчивую работу следующего за фильтром 9 ИБП 1.As long as the input ripple voltage level is below the threshold value of 370 V, the voltage at point A (the junction of the
Если напряжение на входе в ключевое ограничительное устройство 8 превышает уровень 370 В, как показано на фиг. 6 на графике слева, то напряжение в точке А становится выше 6,3 В. При этом стабилитрон 34 открывается, через базу транзистора 33 начинает течь ток, в результате транзистор 33 тоже открывается, напряжение на его коллекторе, на стабилитроне 37 и, следовательно, на затворе MOSFET-транзистора 32 падает до уровня запирания его перехода сток-исток. MOSFET-транзистор 32 закрывается и не пропускает через себя ток и напряжение на выходе ключевого ограничительного устройства 8 падает до нуля, как показано на среднем графике фиг. 6 (при условии отсутствия фильтра 9). Но выход ключевого ограничительного устройства 8 соединен с фильтром 9 выпрямленного пульсирующего напряжения, которое по уровню меньше 370 В, заряд конденсаторов 45 и 46 фильтра при этом не производится, а производится только разряд для обеспечения работы ИБП 1. График напряжения на выходе фильтра 9 для случая, когда напряжение на входе в ключевое ограничительное устройство 8 превышает 370 В, показан на правом графике фиг. 6. Таким образов ключевое ограничительное устройство 8 беспрепятственно пропускает через себя пульсирующее напряжение, меньшее порогового уровня 370 В (меньшее верхнего допустимого предела для ИБП 1) и ограничивает уровень<370 В напряжения на входе в ИБП 1, когда на входе ключевого ограничительного устройства 8 напряжение становится больше этого уровня.If the input voltage to the
Низкое выпрямленное напряжение 24 В с выходов ИБП 1 поступает на фильтр 10 для сглаживания пульсаций выходного напряжения и ВЧ-помех ИБП 1, и устройство 11 защиты выходной цепи и предохранитель 12 от короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания.A low rectified voltage of 24 V from the outputs of
Выше описана основная схема предлагаемого источника электропитания. Он вырабатывает стабилизированное напряжение 24 В. Однако для питания микропроцессоров, электронных схем и датчиков ограничителей требуются другие напряжения. Для микропроцессоров и электронных схем требуются обычно 5 и 3,3 В. Для тензодатчиков, в частности, требуется очень качественное стабилизированное напряжение 10 В. Отдельные блоки и узлы ограничителя находятся в разных местах на достаточно большом (единицы и десятки метров) удалении. Поэтому формировать все эти напряжения в одном источнике электропитания хоть и возможно, но крайне нежелательно, потому, что при передаче малых напряжений на значительные расстояния происходят заметные потери на сопротивлении соединительных кабелей. К тому же малые напряжения в большей степени подвержены помехам и возмущениям, свойственным любой электрической грузоподъемной машине. Поэтому целесообразно разводить от источника электропитания по блокам и узлам ограничителя через кабели относительно большое напряжение 24 В, которое и потери даст меньшие и меньше подвержено помехам. А уже в каждом блоке и узле конкретно формировать из этого напряжения другие необходимые там напряжения: 10 В, 5 В, 3,3 В. Тогда и напряжения эти в меньшей степени будут подвержены помехам и возмущениям, и все блоки ограничителя получат качественное стабилизированное напряжение.The main circuit of the proposed power source is described above. It produces a stabilized voltage of 24 V. However, other voltages are required to power microprocessors, electronic circuits, and limiter sensors. Microprocessors and electronic circuits usually require 5 and 3.3 V. For load cells, in particular, a very high-quality stabilized voltage of 10 V. is required. Separate blocks and nodes of the limiter are located in different places at a sufficiently large (several and tens of meters) distance. Therefore, it is extremely undesirable to generate all these voltages in one power source, because when transmitting small voltages over considerable distances, noticeable losses in the resistance of the connecting cables occur. In addition, low voltages are more susceptible to interference and disturbances inherent in any electric lifting machine. Therefore, it is advisable to distribute a relatively high voltage of 24 V from the power supply to the blocks and nodes of the limiter through the cables, which will give less and less interference. And already in each block and node specifically form from this voltage the other voltages necessary there: 10 V, 5 V, 3.3 V. Then these voltages will be less susceptible to disturbances and disturbances, and all blocks of the limiter will receive a high-quality stabilized voltage.
В частности, для электропитания микропроцессора управляющего устройства ограничителя и электронных схем можно использовать линейный стабилизатор напряжения, на вход которого подается напряжение 24 В постоянного тока я, а с выходов линейного стабилизатора снимаются напряжения 5 и 3,3 В.In particular, to power the microprocessor of the limiter control device and electronic circuits, a linear voltage stabilizer can be used, the input of which is supplied with 24 V DC, and the voltage of 5 and 3.3 V is removed from the outputs of the linear stabilizer.
Для электропитания тензодатчика ограничителя можно использовать прецизионный стабилизатор напряжения с усилителем мощности на транзисторе и прецизионном источнике опорного напряжения, снабженном фильтром для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. При этом на вход прецизионного стабилизатора напряжения подается напряжение 24 В постоянного тока, а с выхода фильтра снимается напряжение 10 В постоянного тока.To power the limiter strain gauge, you can use a precision voltage stabilizer with a power amplifier on the transistor and a precision voltage reference source, equipped with a filter to smooth out the ripple of the rectified voltage. At the same time, 24 V DC voltage is supplied to the input of a precision voltage stabilizer, and 10 V DC is removed from the filter output.
Распределенная структура предлагаемого источника электропитания, при которой первичное преобразование высокого переменного напряжения питающей промышленной сети в промежуточное значение постоянного стабилизированного напряжения выполняется в отдельном самостоятельном блоке, корпус которого может быть закреплен на конструкции электрического крана за пределами его кабины, исключает возможность поражения высоким напряжением оператора крана и другого обслуживающего персонала, и обеспечивает передачу этого промежуточного стабилизированного напряжения по соединительным кабелям другим отдельным блокам ограничителя с дальнейшим преобразованием этого промежуточного напряжения в каждом из блоков в напряжение с параметрами, необходимыми и достаточными для функционирования данного блока.The distributed structure of the proposed power source, in which the primary conversion of the high alternating voltage of the supply industrial network to an intermediate value of constant stabilized voltage is carried out in a separate independent unit, the casing of which can be mounted on the construction of an electric crane outside its cabin, eliminates the possibility of a crane operator being struck by high voltage and other maintenance personnel, and ensures the transfer of this intermediate stabilizer th e voltage connecting cables to other individual blocks limiter with further conversion of this intermediate voltage in each of the blocks into a voltage with parameters necessary and sufficient for the operation of the unit.
Промышленная применимость Заявленный источник электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры от переменного тока может быть изготовлен промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.Industrial applicability The declared source of power supply for measuring and recording equipment from alternating current can be manufactured industrially at an instrument-making enterprise using modern electronic components and technologies.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019121707U RU193830U1 (en) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Power supply of measuring and recording equipment from a high voltage network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019121707U RU193830U1 (en) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Power supply of measuring and recording equipment from a high voltage network |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU193830U1 true RU193830U1 (en) | 2019-11-18 |
Family
ID=68580337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019121707U RU193830U1 (en) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Power supply of measuring and recording equipment from a high voltage network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU193830U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2812647C1 (en) * | 2022-11-10 | 2024-01-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Ледел" | Power supply for electronic equipment |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011022320A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | American Power Conversion Corporation | 3-phase high power ups |
RU2447010C2 (en) * | 2006-10-27 | 2012-04-10 | Манитовок Крейн Кампениз, Инк. | Overload protection system for construction machinery and equipment (versions) |
RU2519636C2 (en) * | 2008-09-22 | 2014-06-20 | Сименс Индастри, Инк. | Reactive power control systems, devices and methods |
RU179345U1 (en) * | 2017-10-12 | 2018-05-10 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Trigger Generator for High Voltage Input Power Supply |
-
2019
- 2019-07-11 RU RU2019121707U patent/RU193830U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447010C2 (en) * | 2006-10-27 | 2012-04-10 | Манитовок Крейн Кампениз, Инк. | Overload protection system for construction machinery and equipment (versions) |
RU2519636C2 (en) * | 2008-09-22 | 2014-06-20 | Сименс Индастри, Инк. | Reactive power control systems, devices and methods |
WO2011022320A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | American Power Conversion Corporation | 3-phase high power ups |
RU179345U1 (en) * | 2017-10-12 | 2018-05-10 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Trigger Generator for High Voltage Input Power Supply |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2812647C1 (en) * | 2022-11-10 | 2024-01-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Ледел" | Power supply for electronic equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10355585B2 (en) | Variable frequency drive circuit with overvoltage protection | |
US5661643A (en) | Universal power module | |
US7649281B2 (en) | Low power loss uninterruptible power supply | |
EP2254223B1 (en) | Improved self powered supply for power converter switch driver | |
US10096435B2 (en) | Digitalized double-excitation uninterrupted switching power supply | |
US20100270985A1 (en) | Dc-dc converter | |
CN106992684B (en) | Flyback power supply system and its control method | |
CN109245568B (en) | Alternating current-to-direct current isolation switch power supply circuit | |
RU193830U1 (en) | Power supply of measuring and recording equipment from a high voltage network | |
CN101958533B (en) | Current sensing resistor short circuit protection device and method for isolated power supply | |
CN110336456B (en) | Awakening drive circuit of low-voltage power supply of electric automobile | |
CA2956281C (en) | Device for producing direct current load power supply | |
RU2499348C1 (en) | Intelligent voltage converter | |
RU193892U1 (en) | Power supply | |
CN214314521U (en) | Device capable of effectively reducing misoperation of leakage protector | |
CN115085532A (en) | High power factor low-voltage motor direct current fan lamp driver | |
CN206099298U (en) | Power supply monitoring circuit | |
Kumar et al. | Double relay based sag, swell, over and under voltage protection and detection scheme | |
RU193919U1 (en) | Bridge Type Crane Load Limiter | |
RU2037249C1 (en) | System of uninterrupted power supply | |
RU108243U1 (en) | PULSE VOLTAGE CONVERTER OUTPUT CIRCUIT, PULSE VOLTAGE CONVERTER AND PULSE VOLTAGE POWER SUPPLY (OPTIONS) | |
CN216312672U (en) | Protection circuit with lightning protection and half short circuit prevention functions and switching power supply thereof | |
JP2020184844A (en) | Overvoltage protection circuit and power supply device | |
CN213241952U (en) | Nuclear power plant driving device | |
CN216819698U (en) | Terminal power supply circuit and device |